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1、拉脱法 测量液体的表面张力系数,用拉脱法测量室温下液体的表面张力系数。 学习力敏传感器的定标方法。,主要内容,一、基本知识点 二、实验原理 三、实验仪器 四、实验内容及步骤 五、数据记录 六、实验思考,2,净力,1、表面张力,一、基本知识点,想象在液面上划一条直线，表面张力就表现为直线两旁的液膜以一定的拉力相互作用。拉力 f 存在于表层，方向恒与直线垂直，大小与直线的长度 L 成正比， 即 f L,4,式中称为表面张力系数，它等于沿液面作用在分界线单位长度上的表面张力,其单位Nm-1。它的大小与液体的成分、纯度、浓度以及温度有关。,2、表面张力系数,使用片状吊环，在液膜拉破前瞬 间，考虑一级近
2、似，认为液体的 表面张力为： f = f1 + f2 = (D1+ D2) 这里为表面张力系数，D1、 D2分别为吊环的外径和内径。,5,液膜拉破前瞬间的受力分析图,片状吊环在液膜拉破前瞬间有： F1 = mg + f1 + f2 此时传感器受到的拉力F1和输出电压U1成正比，有： U1 = KF1,二、实验原理,片状吊环在液膜拉破后瞬间有： F2 = mg 同样有 U2 = KF2 片状吊环在液膜拉破前后电压的 变化值可表示为：,6,液膜拉破后瞬间的受力分析图,U1 U2 = U = K F = K（F1 F2）= K(D1+ D2) 由上式可以得到液体的表面张力系数为:,这里U1液膜拉断前
3、瞬间电压表的读数 U2 液膜拉断后瞬间电压表的读数,1.底座及调节螺丝 2.升降调节螺母 3.培养皿 4.金属片状圆环 5.硅压阻式力敏传感器及金属外壳6.数字电压表,7,三、实验仪器,1. 实验装置,2. 硅压阻式力敏传感器的结构及原理,8,（1）传感器 传感器是将感受的物理量、化学量等信息，按一定的规律转换成便于测量和传输的信号的装置。电信号易于处理，所大多数的传感器是将是将物理量等信号转换成电信号输出的。,9,（3）原理,UK F 式中: F ：外力的增量 K ：传感器的灵敏度 U ：相应的电压改变量,灵敏度：传感器输出量增量与相应输入量增量之 比，单位为 mv/N。它表示每增加 1N
4、的 力，力敏传感器的电压改变量为 K mv。,1. 接通数字电压表及直流电源，预热15分钟。保证测力方向和传感器起弹簧片的平面垂直。 2. 传感器定标： （1）在传感器梁端头小钩中，挂上砝码盘，调节电子组合仪上的补偿电压旋钮，使数字电压表显示为零。 （2）在砝码盘上分别如0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g、3.0g等质量的砝码，记录相应这些砝码力F作用下，数字电压表的读数值V. （3）用最小二乘法作直线拟合,求出传感器灵敏度K 和线性相关系数r 。,10,四、实验内容及步骤,3.用游标卡尺测量吊环的内外直径。 4.液体表面张力系数的测定 （1）将金属环状吊片挂在传感器的小钩上，调
5、节升降台，将液体升至靠近环片的下沿，观察环状吊片下沿与待测液面是否平行，如果不平行，将金属环状片取下后，调节吊片上的细丝，使吊片与待测液面平行。 （2）调节容器下的升降台，使其渐渐上升，将环片的下沿部分全部浸没于待测液体，然后反向调节升降台，使液面逐渐下降，这时，金属环片和液面间形成一环形液膜，继续下降液面，测出环形液膜即将拉断前一瞬间数字电压表读数值U1和液膜拉断后一瞬间数字电压表读数值U2。 UU1-U2 5. 求出，并与标准值进行比较。,11,表1 力敏传感器定标,12,五、数据记录,灵敏度：K = mv/N ； 拟合的线性相关系数：r = . 注：广州地区的重力加速度g=9.788m/
6、s2.,13,表2 水的表面张力系数测定,金属环外径D1=_cm,内径D2=_ cm, 水的温度：T=_.,平均值： =_N/m.,14,附： 水的表面张力系数标准值,铝合金吊环参考值：外径3.496cm、内径3.310cm.,对整个的实验过程，可以分为以下3个阶段：,15,实验现象的受力分析,吊环浸没在水中， 电压表显示负值,反方向旋转螺母， 电压表读数增加,继续旋转读数增 加到一个最大值,继续旋转， 读数开始减小,减小到某一个 值，液膜破裂,此时，观察电压表 读数，记下U1、U2,阶段1,阶段2,阶段3,1. 阶段1的受力分析,吊环下沿浸没在水中时，有,16,吊环下沿拉离水面，开始拉起液膜时，有,电压表读数达到最大值，此时有,这里，f 为表面张力,达到最大值后，继续反方向转动调节螺母，可以发现，电压表读数开始减小，这主要是因为附着在液膜上的水在重力的作用下向下滑，所以拉力减小。,17,2. 阶段2的受力分析,18,3. 阶段3的受力分析,在液膜拉破前瞬间有： F1 = mg + f1 + f2 = mg + f,在液膜拉破后瞬间有： F2 = mg,由此，可以得到液体的表面张力：,液体的表面张力系数,
